NO823567L - Fremgangsmaate og anordning ved oppvarming av forbrenningsluft og brennstoff i varmeanlegg - Google Patents

Description

i i Fo! religgende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved opI p-vai rming av forbrenningsluft og brennstoff for forbrenning I av flytende, gassformige eller støvformige brennstoffer eller 1 blandinger av disse i en brenner for oppvarmingsanlegg, ved hvilken en luftstrøm som strømmer til med en første strøn-ningsretning først tilføres en varmemengde som stammer fra 'kjelerommet til oppvarmningsanlegget, derpå snus strømnings-'retningen og luftstrømmen tilføres en varmemengde som stam-. . me! r fra en brenneranordning, derpå snus strømningsisetningIen'> noi k en gang og den oppvarmede forbrenningsluft dannes mediI brennstoffet i kjelens forbrenningsrom.

,Det er funnet at en del av brennstoffet ved vanlige brennere , ! - i •forlater forbrenningsrommet i bare kracket eller bare delIvis eller til og med helt uforbrennt tilstand. Det er denne dél ^hviilken som følge av for store brennstoffpartikler eller I :6g1 så som følge av det for høye antennelsespunkt ikke kan'!reagere tilstrekkelig raskt med forbrenningsluften i løpet

av den korte oppholdstiden i forbrenningsrommet, slik atj denne delen går ut av flammen før den har nådd de nødvendige!

..tilstandsbetingelser for sin forbrenning. '

I1

i i For å unngå denne ulempe kan man ifølge teknikkens stand, 'arbeide med et tilsvarende stort luftoverskudd for dermed

å1holde oksygeninnholdet i flammegassene. frem mot flammens endepunkt så høyt som mulig. I j

i<i>' Ulempen med en drift som arbeider med stort luftoverskudd er! imidlertid at foruten en betydelig mengde oksygen som ikke

tar del i forbrenningen føres en unødvendig stor mengde nit-| rogen gjennom forbrenningsrommet og oppvarmes til flammer

temperatur. Dette reduserer åpenbart forbrenningens virknings-grad. Følgelig går derfor også en betydelig del av forbren-ningsvarmen tapt som følbar varme med avgassen gjennom pipa.

i;Det er tidligere forsøkt å motvirke de ovenfor nevnte ulem-per ved én forvarming av brennstoffet og/eller forbrennings-! 'luften.

1 : i

I ■ li I Ved kjente anordninger for dette formål føres forbrennings-<!>ii"l' u1 ften gjennom rørspiral som oppvarmes umiddelbart ved bfien-neslammen. Likevel bevirker denne rørspiral en betydelig strømningsmotstand mot luftstrømmen som går gjennom den, hvilket fører til at en tilsvarende sterkere luftvifte er ;nødvendig.

i I

l 1

jDertil forstyrrer slike rørspiraler strømningen av flamme-

'-! I

igassene ved sin profilering som går på tvers av flammeret-;ningen, slik at. man får et øket støynivå i brenneren i til-|légg til en dårligere forbrenning. På grunn av turbulensen :til flammegassene som går rundt disse rørene oppstår avleir-inger av smuss, spesielt sot, som åpenbart forsemrer varme-, overføringen.

iVed kjente anordninger forvarmes brennstoffet, f.eks. fyr-lingsoljen, ved anvendelse av ytterligere energi, normalt elektrisk, energi. Denne oppvarming utføres enten med vanlige!:varmemotstander med temperaturfølere for regulering av tem- |

! I

peratur eller ved temperaturmotstander med. positiv tempera-turkoeffisient, ved hvilke en temperaturavhengig varmestrøm !

"'-li

.innstiller seg. |

<!>j I Dermed kreves ytterligere energi hvilket reduserer den totalje' ■virkningsgraden til et slikt fyringsanlegg. Videre forelig-ger ved disse anordninger den fare at koblingskonta-kter blir'

'. J •'

hengende og følgelig inntrer enten en overoppheting av brenn-

i I stoffet eller brennstoffet oppvarmes overhodét ikke fordi<1>varmeanordmngen svikter. Følgelig forsynes brenneren som |

■er innstilt pa o forvarmet brennstoff med kaldt brennstoff 1 som i 'helt åpenbart ikke kan forbrennes optimalt. ; I . Fra DOS 2358187 er det kjent en anordning på oljebrennere, ;spesielt for varmtvannsoppvarminger, som er slik formet at .de innledningsvis beskrevne fremgangsmåtetrinn kan utfør■ ei s iI med denne. Bortsett fra at brennstoffet ikke kan forvarmes ved denne anordning kan man med denne heller ikke oppnå én<1>! jtii lstrekkelig luftoppvarming eller en tilfredsstillende gi jenI-<!>nomblanding av forbrenningsluften med brennstoffet.. j

1L' uftoppvarmeren har form av en oppad konisk utryddet kjel1e.

-■-! i Ved luftforvarmingen økes luftens strømningshastighet med

ca. 2,5 ganger, hvorved det er fare for at flammen brytes- 7

i I

Ved den koniske utvidelsen av kjelen reduseres flammetverr-j snI ittet og har praktisk talt ikke kontakt med forbrenningjs-rpmmets vegg. Derved oppvarmes heller ikke luften som strøm-'rnér gjennom det innvendige ringrommet som omgir forbrennings-i '- r-oi mmet lenger tilstrekkelig. Videre forsinkes den nødvendI igei„ -■ roi tasjonen til flammen av kjelens traktformige åpni■ng og dermed reduseres gjennomblandingseffekten. Dertil er det om-ii . 1 ;råi det hvori luften fra det indre ringrommet bøyes og rette\sjmot dysen og dreieskiven forholdsvis stor. Følgen er atjen I [ti' lsvarende stor kaldere luftmengde suges med og blandes! !med-den forvarmede luft og derved igjen nøytraliserer en storIdel av foroppvarmingen.

ili .. iI

,DOS 2643293 beskriver en oljebrenner, ved hvilken forbren-i ! i "ningsluft tilføres under trykk og likeledes føres i motsatt [retning gjennom to konsentriske ringrom. Den noe forvarmede; i lui fta strømmer gjennom en ringspaltedyse i det vesentlige I |<jI>' jaksialt inn i forbrenningsrommet og omgir brenneflammen med ! jen luftmantel. Ved en slik anordning er ikke bare oppvarm- I

i i iingen av luften tilstrekkelig, men det skjer heller ingen virveldannelse i f orbrenningsrommet som er nødvendig- for j en gjennomblanding og en dermed stadig god brennytelse.

I<\>i I Ikke med noen av de kjente anordninger oppnås en tilfreds^'

! I i-1 stillende utnyttelse av brennstoffene, spesielt ikke med 'mindreverdige typer, og en i høy grad fullstendig forbren-|ning kan ikke opprettholdes vedvarende. ' i i ' 1 Foreliggende oppfinnelses oppgave er å skaffe en fremgangsmåte og en tilsvarende anordning for gjennomføring av frem-jgangsmåten som muliggjør en bedre brennstoffutnyttelse også i jay mindreverdige brennstoffer som går dårligere å forgasse.

i 'i i • i Denne oppgave løses ved en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art ved at før inntreden av den tilstrømmende, j

.i I oppvarmede forbrenningsluft i forbrenningsrommet føres denne

i over overflatene til en dyse som stikker inn i forbrennings-I

rommet og et avsnitt av dysestolpen og dermed videre oppvarmes av det tilstrømmende, her elektrisk forvarmede - brennstoff gjennom dysestolpen. En egnet anordning for gjen-nomføring av fremgangsmåten består av en brenner ved hviLken djet er anordnet en dyseanordning med dyse, dysestolpe og tenningselektroder samt to tilgrensende aksialt gående kon-l| I i sentriske ringrom for lufttilførsel i et kjelerom, hvorunder. Idet innvendige ringrom omgir et forbrenningsrom,'det ytre

•il. • iri1 ngrommet har et luftinntak i det endeområdet som venderi ;mot dyseanordningen og ved motsatte ende står i forbindelse jmed det innvendige ringrommet, som igjen munner i forbren-iningsrommet nær dyseanordningen og som er særpreget ved åt I et avsnitt av den elektrisk oppvarmede dysestolpe som bærer jdysen stikker inn i et område av forbrenningsrommet som ut-;gjør et høytemperaturkammer, mens det avsnitt av dysestolpen som vender vekk fra dysen er omgitt av et lavtemperaturkkm-jmer som er anordnet i et luftforkammer som er koblet etter ! ;en ! luftvifte. i I j Hensiktsmessige utførelsesformer fremgår av underkravenej. i II ■ T i .! Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har forbrennings- ! ; luften og brennstoffet ved sammenføringen i forbrenningsj-I rommet allerede tilsvarende temperaturer, slik at de komplekse operasjonene i flammen påskyndes. Brennstoffet kan for- ] i brennes fullstendig i flammen under den oppholdstid som står'til rådighet. Da den oppvarmede forbrenningsluften strømmer J i inn i det forvarmede brennstoffet som kommer ut fra dysen, i .il . i ! skjer en virveldannelse og derved en god gjennomblandinglI i som begunstiger forbrenningen. En fordemningsring som erj , I anordnet i forbrenningsrommet bevirker videre en komprimer- i !ing av brennstoff-luftblandingen, hvorved oppholdstiden økes

■ og hvilket likeledes bidrar til fullstendigere forbrenning. I Ved siden av den bedre og raskere oppnåelse av brennstoff-iluftblandingen oppnås en reduksjon av de flytende brenn-j j i stoffers viskositet og dermed en bedre forstøvning på dysen.! jDerved unngås vanskeligheter under forbrenningsoperasjonen I som kommer av variasjoner i brennstoffkvaliteten, spesielt ]

'veI d drift med fyringsolje. På - d- enne måte kan også fyrings,-oljer med høyere viskositet forbrennes uten tilsatsanordninger, henholdsvis uten anvendelse av særskilte spesialbrennere , ~"

Oppfinnelsen anskueliggjøres nærmere ved et utførelseseksem-pel hvor det i tegningen er vist et skjematisk lengdesnitt.

iAnleggets kjelerom 21 er bare antydet og dets kjelevegg 5 er dej lvis vist i snitt. Videre hoveddeler er dysestolp»en 15 med"" dysen 10 samt to tenningselektroder 16, som tilsammen kan jbetegnes som dyseanordning. Utenfor kjelen er det anordnet

■en luftvifte 1, som er forbundet med et likeledes utenfor 'kjelen anordnet luftforkammer 2 som grenser umiddelbart til<!>kjeleveggen 5.

'. i I Inn.i kjelerommet 21 stikker tre blikksylindere, nemlig en 'ytre sylinder 6, en midtre sylinder 7 og indre sylinder 8. ji Dein ytre sylinderen 6 står ut fra en forbindelsesflens 4 som ,er forbundet med kjeleveggen 5. Den ende som vender fra for-' ' • den I i ibindelsesflensen 4 av den ytre sylinder 6 går over i en bue-1 ;form 22, som forbinder den ytre sylinders 6 yttervegg medj

iden indre sylinders 8 yttervegg. Den midtre sylinder 7 står ut i fra forbindelsesflensen 4 og ender i en avstand under buen 22, slik at det dannes et gjennomløp for den gjennom-strømmende forbrenningsluft mellom ringrommet 23 som inne- ■ I sluttes mellom den ytre og midtre sylinder 6 og 7 og ringI -<1>• ', i

irommet 24 som innesluttes mellom den midtre og indre sylin- i der 7 og 8. J 1 - ■ i i i Den indre sylinder 8 danner flammerøret som omgir forbreh-i li ningsrommet 9. Den går ut fra buen 22 mot forbindelsesflen-sene 4 og ender i en avstand fra denne, slik at det blir igjen et gjennomløp for forbrenningsluften fra det innvendige ringrom 24 i forbrenningsrommet 9. i i<!>i |Véd denne anordning omformes forbrenningsliiften på i og for j |seg kjent måte. i Hensiktsmessig er en fordemningsring 25 anordnet på forlpind-

i ' I elsespunktet mellom buen 22 og den indre sylinder 8, hviljken er buet vekk fra forbrenningskammeret 9 og innover. Umiddelbart over dysen 10 er det anordnet en luftforbrenningsski ve~ 12 som holdes av en støtte- og sentreringsring 11 for dyse-sitolpen 15.

Ved fordemningsringen 25 utøves et trykk på luft-brennstDff blandingen i forbrenningsrommet 9, hvorved denne blanding komprimeres og forbrenningen derav begunstiges.

Dyseanordningen er stukket gjennom forbindelsesflensen 4 slik at en del av dysestolpen 15 ved dysen 10 og en del av tenningselektrodene 16 stikker inn i forbrenningsrommet 9. Brjennstoff suges til gjennom en brennstoff pumpe 20 gjennom enj sugeledning 2 6 og transporteres over en trykkledning 2|7 gjennom et spiralspor 29 i dysestolpen 15 hvor det forvarmes elektrisk. For dette formål er det anordnet en strømledning 18 som er koblet til en elektrisk-elektronisk kontrollanor!d-ning 19, fra hvilken videre en høyspenningsledning 17 fører til de to tenningselektroder 16.

Luftviften 1 munner i et luftforkammer 2 som er anordnet méllom luftviften 1 og forbindelsesflensen 4 og som gjennom étj luftinntak 3 i forbindelsesflensen 4 forbinder det ytre ringrom 23 med den konsentriske sylinder.

M

I luftforkammeret 2 er det anordnet en beskyttelseshette 13,

i

som omgir den del av dysestolpen 15 som stikker inn i luft.-forkammeret 2 og den tilsvarende del av tenningselektrodehe 13. Beskyttelseshetten 13 er festet på forbindelsesflensen

4 og har luftinngangsåpningen 14 på bunnen, gjennom hvilke en: del av f orbrenningsluf ten som transporteres inn i lufti-forkammeret 2 kan gå inn i den innvendige del av beskyttelseshetten 13. Rommet som er omgitt av beskyttelseshetten 13 er

i i et1 lavtemperaturkammer 2a som virker som tempereringskammeir. Det området av forbindelsesflensen 4 som dekker lavtemperaturkammeret 2a er hele veien anordnet grensende til tenningsj-élektrodene 16 og dysestolpen 15 med luftutgangsåpninger j 28', gjennom hvilke luften fra lavtemperaturkammeret_ 2a_ kommer

Lnn i rommet, som omgir de deler av dysestolper 15 og tenj-lingselektrodéne 16 som stikker inn i brennkammeret 9. Dette rommet danner et høytemperaturkammer 9a, i hvilket luften fraT laytemperaturkammeret 2a som virker tempererende blandes ned den sterkt oppvarmede luft fra det indre ringrom 24. Den del a!vden kalde f orbrenningsluf t som transporteres inn i lavj<->tI emj peraturkammeret 2a fra luftviften 1 strømmer over dyseI- If stolpen 15 og tenningselektrodene 16 og forhindrer en til-latelig høy oppvarming av oppbygningsdelene og brennstoffet. Derved unngås at brennstoffet som strømmer inn under trykk oppvarmes for høyt, og går ut av dysen 10 allerede i damp-eller gassform.

vHoijfvtedemne. n1 gdsetrn ømamv er f ofrbørrest nnginjgensnluom f teln uftsoim nntrtaaknespt or3 tteriel s daev t ylutjrfte-

i I i ringrom 23, hvor den forvarmes av kjelevarmen. Den ytre sylinder 6 virker herunder som varmevekselflate. På buen 22 snus luftstrømmen, slik at forbrenningsluften nå strømmer i mot-vs; iaal i rtmt e resotm ninsg tamgmjeer nnofm ra deft lamimndern e i rifongrrborm enn24 inghvsror ommdeen t o9p. ptHaerrii',I

virker den indre sylinder 8 som varmevekselflate. Fra det, j i1 n! dre ringrom 24 føres forbrenningsluften som har en megei t ji høy temperatur under ny omvendelse av strømningsretningem over 1 i ! i overflaten av dysen 10 og over den del av dysestolpen 15 som | 1 I i-i stikker.inn i forbrenningsrommet og kommer sammen med det. opp-vai rmede brennstoff fra dysen 10 i forbrenningskammeret 9.j i i Før forbrenningsluften kommer sammen med brennstoffet somi kommer ut fra dysen 10 støter forbrenningsluften på luftfordem- i ningsskiven 12 som bevirker en virveldannelse og derved en i blanding av luft og brennstoff. Fordemningsringen 15 som ; j forsnevrer forbrenningsrommets 9 tverrsnitt forsterker denne f virkning.<!>i

''<1>li ii i i • : Ved en tilsvarende konstruksjon kan dysestolpen 15 og dysen lo! tilpasses det foreliggende brennstoff. Dessuten kan brjenn-j stoffets slutt-temperatur innstilles på den spesifikke opti-malverdi for det foreliggende brennstoff ved variasjon av

i ■ ■ overflatedimensjonene til dysestolpen 15 som omstrømmes av forbrenningsluften. __ _ |

Under oppstartingsfasen oppvarmes forbrenningsluften som i—I I i strømmer gjennom det ytre ringrommet 23 og det indre ringrom-j met 24 ikke eller ikke tilstrekkelig. Dermed ville heller ikke brennstoffet bli tilstrekkelig oppvarmet. For å greie denj kalde startfasen, altså tidsrommet inntil brenneren har fått driftstemperatur, anordnes en ytterligere elektrisk dysestolpe-bppvarming. Dette er en elektrisk varmepatron (ikke vist) inn-

ksoajbtt les i duyt seetsttoer lpaen t d1e5n , fsoam sti samtote tsbertneninng ertteiml pkerjaentutr e<berr><ennn>ådedre.

•I I * i Denne patronens varmeytelse er slik dimensjonert at brennstoffet heller ikke kan overhetes hvis temperaturkontrollen

svikter.

i i

M .Brenneren ifølge oppfinnelsen muliggjør en meget kompakt konstruksjon av luft-og brennstoff-forvarmeren, slik at deres dimensjoner ikke avviker vesentlig fra dimensjonene til van-li åg1 e brennere. Derved er innbygning i vanlige og beståend!<e>forbrenningsrom mulig på et senere tidspunkt.

Ved tallrike forsøk av en praktisk utførelse er det målt at

i motsetning til de tidligere kjente forvarmingsprosesser "1 \> 1Ii arbeider brenneren med et sottall på 0 ved en CO -andél ij

! I

avgassen y> 14% og en ikke lenger målbar andel av uforbrente hydrokarboner.

<:>i ' i ' i Etter oppstarting av brenneren med varmeolje EL (ekstra lett)j oppnåddes etter få minutter en lufttemperatur på ca. 500°C. Derunder var ol jetemperaturen ved dysen 130 C. \ed oppstarting av' den kalde brenner var flammen først lysende gul, og etter ' at den ovenfor angitte driftstemperatur var nådd, ble den blå.

Flammestøyen ble tydelig mindre enn ved kald brenner, henholds-j i

vis som ved sammenlignbare brennere som arbeider uten for-

i varming.

; 1 i i I

i i ■ ...!Dai en fotocelle som arbeider i det synlige lysområdet, hvilken som kjent tjener til å bryte oljetilførselen ved slukning) av flammen ikke reagerer på den blå flamme, overvåkes flammen enten med en fotocelle som reagerer på infrarødstrålingenj til

fljammen som svinger med frekvens 12-15 eller med en ionisasjonsføler.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved oppvarming av forbrenningsluft og brennstoff for forbrenning av flytende, gassformig eller støv-f <p> rmige brennstoffer eller blandinger av disse i en bren:ier for oppvarmingsanlegg, ved hvilket den tilstrømmende luft-strøm i en første strømningsretning først tilføres en varme- .mengde som stammer fra kjelerommet til varmingsanlegget, dferetter snur strømningsretningen og luftstrømmen -bilføres en varmemengde som stammer fra en brennerinnretning, derpå nok en gang snur i strømningsretningen og den oppvarmede forbrenningsluft blandes med brennstoffet i et forbrenniigs-rom, karakterisert ved at før inngang av den tilstrømmende oppvarmede forbrenningsluft i forbrennLngs-rommet føres denne over overflatene til en dyse som stikker im i forbrenningsrommet og et avsnitt av dysestolpen og oppvarmes derved av brennstoffet som strømmer gjennom dyse-jskolpen og her oppvarmes elektrisk. i

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert -ved at en andel av forbrenningsluften føres langs de i del av dysestolpen som befinner seg utenfor forbrenningsrommet og til tenningselektrodene for antenning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at brennstoffet ved oppstarting av oppvarmingsanleg-gets kjele oppvarmes så lenge ved ekstern oppvarming at det når sin driftstemperatur i brennerens forbrenningsovn.

4. Brenner ved utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, ved hvilken det er anordnet en dyseanordning med dyser, dysestolpe og tenningselektroder samt i kjelerommet to tilgrensende, aksialt gående, konsentriske ringrom for luft-tilførsel, hvorunder det innvendige ringrom omgir et forbrenningsrom, det ytre ringrom på den ende som vender mot. dyseanordningsområdet har et luftinntak og ved den motsatte 'ende står i forbindelse med det innvendige ringrom som igjen ■mku^a nn-er— r a i -kf-oter- be r-re~n-ni—ins ge sror mmt et vn-ær e-dd—ysaeta-noert—dnavinsgn-ei-net-t, —av—den—' J ^elektrisk oppvarmede dysestolpe (15) som bærer dysen (10) stikker inn i et område som danner et høytemperaturkammer (9a) av forbrenningsrommet (9), mens den del av dysestolpen (15) som vender vekk fra dysen (10a) er omgitt av et lav-temperatur kammer (2a), som er anordnet i et luftforkammer (2) som er koblet etter en luftvifte (1).

5. Brenner ifølge krav 4, karakterisert ved at luftforkammeret (2) er anordnet utenfor^kjele-rD mmet (21) og strekker seg mellom en forbindelsesflens (4) forbundet med en kjelevegg (5) som avslutter kjelerommet (j21), luftviften (1) anordnet med avstand fra denne og til-ordnet luf tf orkammeret (2), en beskyttelseshette (13). er "~vaktkl(jniLuia9momfalfmrtdmt)deeuee, nn rktreeonelt t øg t i(1npg i d)s((. 2åe2daeplat ur an) ) fnrioutnonsm g tfgetost åerhtr ar vykv arav ii (mt s l2muf 8ffmaoeo) tvrrerkd besbasmt loiimum nniedtnd(rmnne2eegiul)lt nanss, gnene hgses(vbmr f s2uåile). pned li n knnseohseim n neøst on gym oeotlmmr ue(vgmg4fepiti) (nr 1r eider4nlr enal). r attavvouuamtg ttrk oeksemmht ta(mpvyp3mrelie). urt sreafarittentu-eutrdr-- det ytre ringrom (23).

6. Brenner ifølge krav 4, karakterisert ved at forbrenningsrommets (9). tverrsnitt på sin ende som vender fra dysen (10). er innsnevret ved en fordemningsring (25) .